Вчені пояснюють виникнення хімічних елементівтеорією Великого Вибуху. Згідно з нею, Всесвіт утворився після Великого Вибуху величезної вогняної кулі, що розкидав у всіх напрямках частинки матерії та потоки енергії. Хоча якщо у Всесвіті найпоширеніші хімічні елементи це Водень і Гелій, то на планеті Земля - ​​це Кисень і Кремній.

З усієї кількості відомих хімічних елементів, на Землі знайдено 88 таких елементів, серед яких найпоширенішими в земній корі є Кисень (49,4%), Кремній (25,8%), а також Алюміній (7,5%), Залізо, Калій та інші хімічні елементи, що зустрічаються у природі. Ці елементи припадає 99% маси всієї Земної оболонки.

Склад елементів у Земна коравідрізняється від елементів, що знаходяться в мантії та ядрі. Так ядро ​​Землі складається в основному із заліза та нікелю, а поверхня Землі насичена киснем.

Найпоширеніші хімічні елементи Землі

(49,4% у Земній корі)

Кисень використовують для дихання майже всі живі організми Землі. Десятки мільярдів тонн Кисню витрачаються щороку, але в повітрі його все одно не меншає. Вчені вважають, що зелені рослини на планеті виділяють Кисню майже в шість разів більше, ніж вона витрачається.

(25,8% у Земній корі)

Роль Кремнію в геохімії Землі величезна, приблизно 12% літосфери становить кремнезем SiO2 (всі тверді та міцні породи складаються на третину з кремнію), а кількість мінералів, в яких міститься кремнезем більше 400. На Землі Кремній у вільному вигляді не зустрічається, тільки в сполуках ...

(7,5% у Земній корі)

У чистому вигляді у природі Алюміній не зустрічається. Алюміній входить до складу гранітів, глини, базальтів, польового шпату та ін. міститься в багатьох мінералах.

(4,7% у Земній корі)

Цей хімічний елемент дуже важливий для живих організмів, оскільки є каталізатором дихального процесу, бере участь у доставці кисню до тканин і є присутнім у гемоглобіні крові. У природі Залізо зустрічається в руді (магнетит, гематит, лимоніт та пірит) та у понад 300 мінералах (сульфіди, силікати, карбонати та ін.).

(3,4% у Земній корі)

У чистому вигляді в природі не зустрічається, у сполуках міститься в ґрунті, у всіх неорганічних сполучних речовинах, тваринах, рослинах та природної води. Іони Кальцію в крові відіграють важливу роль у регулюванні роботи серця, і дозволяють їй згортатися на повітрі. При нестачі Кальцію у рослин, страждає коренева система.

(2,6% у Земній корі)

Натрій поширений у верхній частині земної кори, у природі зустрічається у вигляді мінералів: галіта, мірабіліту, кріоліту та бури. Входить до складу організму людини, в крові людини міститься близько 0.6% КаС1, за рахунок якого підтримується нормальний осмотичний тиск крові. У тварин Натрію міститься більше, ніж у рослинах.

(2,4% у Земній корі)

У природі не зустрічається в чистому вигляді, тільки в сполуках, міститься в багатьох мінералах: сильвін, сильвін, карналіт, алюмосилікати та ін. морській водіміститься приблизно 0,04% калію. Калій швидко окислюється на повітрі і легко входить у хімічні реакції. Є важливим елементом розвитку рослин, при його нестачі воно жовтіє, а насіння втрачає схожість.

(1,9% у Земній корі)

У природі Магній не зустрічається в чистому вигляді, але входить до складу багатьох мінералів: силікатів, карбонатів, сульфатів, алюмосилікатів та ін.

(0,9% у Земній корі)

Водень входить до складу атмосфери, всіх органічних речовинта живих клітин. Його частка у живих клітинах за кількістю атомів становить 63%. Водень входить до складу нафти, вулканічних та природних горючих газів, трохи Водню виділяють зелені рослини. Утворюється при розкладанні органічних речовин і при коксуванні вугілля.

(0,6% у Земній корі)

У природі не зустрічається у вільному вигляді, часто у вигляді двоокису TiO2 або його сполук (титанатів). Міститься у ґрунті, у тварин та рослинних організмах і входить до складу більше 60 мінералів. У біосфері Титан ресеян, в морській воді його 10-7%.

Найрідкісніші хімічні елементи Землі

• Лютецій(0,00008% у Земній корі за масою). Для отримання його виділяють із мінералів разом з іншими важкими рідкісними елементами.
• Ітербій(3,310-5% у Земній корі за масою). Міститься в бастензит, монацит, гадолініт, талені та ін. Мінералах.
• Тулій(2,7 .10-5 мас. % у Земній корі за масою). Як і інші рідкісноземельні елементи міститься у мінералах: ксенотим, монацит, эвксенит, лопарит та інших.
• Ербій(3,3 г/т у Земній корі за масою). Видобувається з монациту та бастенізиту, так само як і деякі рідкісні хімічні елементи.
• Гольмій(1,3.10-4 % у Земній корі за масою). Разом з іншими рідкісноземельними елементами міститься в мінералах монацит, евксеніт, бастенізіт, апатит і гадолініт.

Дуже рідкісні хімічні елементи застосовують у радіоелектроніці, атомній техніці, машинобудуванні, металургії та хімічній промисловості та ін.

Яка найпоширеніша речовина у Всесвіті? Підійдемо до цього питання логічно. Начебто відомо, це водень. Водень Hстановить 74% маси речовини Всесвіту.

Не будемо тут лізти в нетрі непізнаного, не будемо вважати Темну Матерію і Темну Енергію, поговоримо лише про звичайну речовину, про звичні хімічні елементи, розміщені в (на сьогодні) 118 клітинах таблиці Менделєєва.

Водень, як він є

Атомарний водень H 1 це те, з чого складаються всі зірки в галактиках, це основна маса нашої звичної матерії, яку вчені називають баріонної. Баріонна матеріяскладається із звичайних протонів, нейтронів та електронів і є синонімом слова речовина.

Але одноатомарний водень не зовсім хімічна речовина у нашому рідному, земному розумінні. Це – хімічний елемент. А під речовиною ми зазвичай маємо на увазі якесь хімічне з'єднання, тобто. поєднання хімічних елементів. Зрозуміло, що найпростіша хімічна речовина це з'єднання водню з воднем, тобто. звичайний газоподібний водень H 2 який ми знаємо, любимо і яким наповнюємо дирижаблі-цепеліни, від чого вони потім красиво вибухають.

Двотомний водень H 2 заповнює більшість газових хмар та туманностей космосу. Коли під дією власної гравітації вони збираються в зірки, температура, що піднялася, розриває хімічний зв'язок, перетворюючи його на атомарний водень H 1 , а температура, що все збільшується, відриває електрон e- від атома водню, перетворюючи на іон водню або просто протон p+. У зірках вся речовина знаходиться у вигляді таких іонів, що утворюють четвертий стан матерії – плазму.

Знову ж таки, хімічна речовина водень не дуже цікава штука, вона надто проста, давайте пошукаємо щось складніше. Сполуки, складені з різних хімічних елементів.

Наступним за поширеністю у Всесвіті йде хімічний елемент гелій He, його у Всесвіті 24% від загальної маси. За ідеєю, найпоширенішим складним хімічною речовиноюмає бути з'єднання водню і гелію, тільки ось біда, гелій - інертний газ. У звичайних і навіть дуже звичайних умовах гелій не з'єднаються з іншими речовинами і сам із собою. Шляхом хитрих хитрощів його можна змусити вступати в хімічні реакції, але такі сполуки рідкісні й зазвичай не живуть.

Отже, потрібно шукати сполуки водню з наступними за поширеністю хімічними елементами.
На частку залишиться лише 2% маси Всесвіту, коли 98% становлять згадані водень і гелій.

Третім за поширенням іде не літій LiЯк могло б здатися, дивлячись на таблицю Менделєєва. Наступний за кількістю елемент у Всесвіті це кисень O, який ми всі знаємо, любимо і дихаємо у вигляді двоатомного газу без кольору та запаху O 2 . Кількість кисню у космосі далеко обганяє й інші елементи з тих 2%, що залишилися з відрахуванням водню і гелію, практично половина залишку, тобто. приблизно 1%.

Отже, найпоширенішою речовиною у Всесвіті виявляється (ми вивели цей постулат логічно, але це так само підтверджується експериментальними спостереженнями) звичайнісінька вода H 2 O.

Води (в основному в замороженому стані у вигляді льоду) у Всесвіті більше ніж будь-чого. За вирахуванням водню та гелію, звичайно.

З води складається все, буквально все. Наша Сонячна Система теж складається із води. Ну, в сенсі Сонце, звичайно, складається в основному з водню та гелію, з них зібрані газові планети гіганти на кшталт Юпітера і Сатурна. Але решта речовини Сонячної Системи зосереджено над кам'яноподібних планетах з металевим ядром типу Землі чи Марса і над кам'яному поясі астероїдів. Основна маса Сонячної Системи в крижаних уламках, що залишилися від її утворення, з льоду складаються комети, більшість астероїдів другого поясу (пояси Койпера) та хмара Оорта, що ще далі.

Наприклад, відома колишня планета Плутон (нині карликова планета Плутон) на 4/5 частин складається з льоду.

Зрозуміло, якщо вода знаходиться далеко від Сонця або будь-якої зірки, вона замерзає і перетворюється на лід. А якщо надто близько, випаровується, стає водяною парою, яка відноситься сонячним вітром (потоком заряджених частинок Сонцем) у віддалені регіони зіркової системи, де він замерзає і знову-таки перетворюється на лід.

Але навколо будь-якої зірки (повторюю, навколо будь-якої зірки!) є зона, де ця вода (яка, знову повторюся, є найпоширенішою речовиною у Всесвіті) знаходиться в рідкій фазі води власне.

Зона навколо зірки, оточена зонами, де дуже гаряче і занадто холодно

Рідкої води у Всесвіті до біса. Навколо будь-якої зі 100 мільярдів зірок нашої галактики Чумацький Шлях є зони, звані Зоною Проживання, в яких існує рідка водаякщо там знаходяться планети, а вони повинні там перебувати, хай не у кожної зірки, то у кожної третьої, або навіть у кожної десятої.

Скажу більше. Лід може танути не лише від світла зірки. У нашій Сонячній Системі існує маса супутників, що обертаються навколо газових гігантів, де занадто холодно від нестачі сонячного світла, але на які зате діють потужні приливні сили відповідних планет. Доведено, що рідка вода існує на супутнику Сатурна Енцеладе, передбачається, що вона є на супутниках Юпітера Європі та Ганімеді, і напевно багато де ще.

Водяні гейзери на Енцеладі, зняті зондом Кассіні, що пролітає.

Навіть на Марсі вчені припускають, чи може існувати рідка вода в підземних озерах і кавернах.

Ви думаєте, я зараз почну говорити про те, що якщо вода є найпоширенішою речовиною у Всесвіті, значить привіт інші форми життя, привіт інопланетяни? Ні, саме навпаки. Мені смішно, коли я чую заяви деяких надто захоплених астрофізиків – "шукайте воду, знайдете життя". Або - "на Енцеладі/Європі/Ганімеді є вода, а значить, напевно, там має бути і життя". Або - в системі Глізі 581 виявлено екзопланету, що знаходиться в населеній зоні. Там є вода, терміново споряджаємо експедицію у пошуках життя!"

Води у Всесвіті маса. А ось із життям за сучасними науковими даними поки що якось не дуже.

Всесвіт приховує у своїх глибинах безліч секретів. Здавна люди прагнули розгадати якнайбільше з них, і, незважаючи на те, що це не завжди виходить, наука йде вперед семимильними кроками, дозволяючи нам все більше дізнаватися про своє походження. Так, наприклад, багатьом буде цікаво, який найпоширеніший у Всесвіті. Більшість відразу подумають про воду, і будуть частково праві, тому що елементом, що найчастіше зустрічається, є водень.

Найпоширеніший елемент у Всесвіті

Вкрай рідко людям доводиться стикатися з воднем у чистому вигляді. Тим не менш, у природі він дуже часто зустрічається у зв'язку з іншими елементами. Наприклад, вступаючи в реакцію з киснем, водень перетворюється на воду. І це далеко не єдине з'єднання, до складу якого входить цей елемент, він зустрічається повсюдно не лише на нашій планеті, а й у космосі.

Як з'явилася Земля

Безліч мільйонів років тому водень, без перебільшень, став будівельним матеріалом для всього Всесвіту. Адже після великого вибуху, який став першою стадією творення світу, не існувало нічого, окрім цього елемента. елементарна, оскільки складається вона лише з одного атома. Згодом найпоширеніший елемент у Всесвіті почав утворювати хмари, які згодом стали зірками. А всередині них відбувалися реакції, у яких з'являлися нові, складніші елементи, породили планети.

Водень

На цей елемент припадає близько 92% атомів Всесвіту. Але зустрічається він у складі зірок, міжзоряного газу, а й поширених елементів нашій планеті. Найчастіше він існує у зв'язаному вигляді, а найбільш часто зустрічається з'єднанням є, звичайно ж, вода.

Крім цього, водень входить до складу низки вуглецевих сполук, що утворюють нафту та природний газ.

Висновок

Незважаючи на те, що це найбільш поширений елемент у всьому світі, як це не дивно, для людини він може бути небезпечний, оскільки іноді спалахує, вступаючи в реакцію з повітрям. Щоб зрозуміти, наскільки важливу роль водень зіграв у створенні Всесвіту, достатньо усвідомити, що без нього не з'явилося нічого живого на Землі.

50.Наблюдаемые факти, підтверджують теорію «гарячої» Всесвіту.

Фізична теорія еволюції Всесвіту, в основі якої лежить припущення про те, що до того, як у природі з'явилися зірки, галактики та інші астрономічні об'єкти, речовина була швидко розширюваним і спочатку дуже гарячим середовищем. Припущення про те, що розширення Всесвіту почалося з "гарячого" стану, коли речовина була сумішшю різних взаємодіючих між собою елементарних частинок високих енергій, було вперше висунуто Г.А.Гамовим в 1946 р. В даний час Г.В.Т. вважається загальновизнаною, Двома найважливішими спостережними підтвердженнями цієї теорії є виявлення реліктового випромінювання, передбаченого теорією, і пояснення спостережуваного співвідношення між відносною масою водню і гелію в природі.

51.Методи визначення хімічного складу зірок та планет. Найбільш поширені хімічні елементи у Всесвіті.

Незважаючи на те, що з моменту запуску в космос першого космічного апарату минуло вже кілька десятиліть, більшість небесних об'єктів, що досліджуються астрономами, є поки що недосяжними. Тим часом, навіть про найвіддаленіші планети сонячної системита їх супутниках зібрано достатньо відомостей.

Астрономам часто доводиться застосовувати для вивчення небесних тіл дистанційні методи. Одним із найпоширеніших є спектральний аналіз. За його допомогою вдається визначити приблизний хімічний склад атмосфери планет і навіть їх поверхні.

Справа в тому, що атоми різних речовинвипромінюють енергію у певному діапазоні хвиль. Вимірявши енергію, що виділяється у певному спектрі, фахівці можуть визначити і загальну їх масу, а відповідно, і ту речовину, що створює випромінювання.

Проте найчастіше щодо точного хімічного складу виникають деякі труднощі. Атоми речовини можуть бути в таких умовах, що їх випромінювання важко спостерігати, тому необхідно враховувати деякі побічні фактори (наприклад, температуру об'єкта).

Спектральні лінії допомагають, справа в тому, що кожен елемент має певний колір спектру і розглядаючи якусь планету (зірку) ну загалом об'єкт, за допомогою спеціальних приладів - спектрографів, ми можемо побачити їх колір, що випускається, або ряд кольорів! Потім по спеціальній табличці виглядає, якій речовині ці лінії належать! ! Наука цим займається – спектроскопія.

Спектроскопія – розділ фізики, присвячений вивченню спектрів електромагнітного випромінювання.

Спектральний аналіз - сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні властивостей випромінювання, що приходить від нього (зокрема, світла). Виявилося, що атоми кожного хімічного елемента мають певні резонансні частоти, внаслідок чого саме на цих частотах вони випромінюють або поглинають світло. Це призводить до того, що в спектроскопі на спектрі видно лінії (темні або світлі) у певних місцях, характерних для кожної речовини. Інтенсивність ліній залежить від кількості речовини та навіть її стану. У кількісному спектральному аналізі визначають вміст досліджуваної речовини щодо відносної або абсолютної інтенсивності ліній або смуг у спектрах. Розрізняють атомний та молекулярний спектральний аналіз, емісійний ”за спектрами випромінювання” та абсорбційний ”за спектрами поглинання”.

Оптичний спектральний аналіз характеризується відносною простотою виконання, експресністю, відсутністю складної підготовки проб до аналізу, незначною кількістю речовини (10-30 мг), необхідної для аналізу велике числоелементів. Спектри емісії одержують переведенням речовини в пароподібний стан і збудженням атомів елементів нагріванням речовини до 1000-10000°С. Як джерела збудження спектрів при аналізі матеріалів, що проводять струм, застосовують іскру, дугу змінного струму. Пробу поміщають у кратер одного з вугільних електродів. Для аналізу розчинів широко використовують полум'я різних газів. Спектральний аналіз - чутливий метод і широко застосовується в хімії, астрофізиці, металургії, машинобудуванні, геологічній розвідці та ін. Метод було запропоновано у 1859 р. Г. Кірхгофом та Р. Бунзеном. З його допомогою гелій було відкрито Сонце раніше, ніж Землі.

Поширеність хімічних елементів, міра того, як поширені або рідкісні елементи в порівнянні з іншими елементами в даному середовищі. Поширеність у різних випадках можуть вимірювати масовою часткою, мольною часткою або об'ємною часткою. Поширеність хімічних елементів часто є кларками.

Наприклад, масова частка поширеності кисню у воді становить близько 89 %, тому що це частка маси води, якою є кисень. Однак, мольна частка поширеності кисню у воді лише 33 %, тому що лише 1 із 3 атомів у молекулі води є атомом кисню. У Всесвіті в цілому, і в атмосферах газових планет-гігантів, таких як Юпітер, масова частка поширеності водню та гелію близько 74 % і 23-25 ​​% відповідно, тоді атомна мольна частка елементів ближче до 92 % та 8 %.

Однак, оскільки водень є двоатомним, а гелій - ні, в умовах зовнішньої атмосфери Юпітера молекулярна мольна частка водню становить близько 86%, а гелію - 13%.

На Землі – кисень, у космосі – водень

У Всесвіті найбільше водню (74 % за масою). Він зберігся з часів Великого вибуху. Лише незначна частина водню встигла перетворитися на зірках на більш важкі елементи. На Землі найпоширеніший елемент – кисень (46–47 %). Більша його частина пов'язана у формі оксидів, насамперед оксиду кремнію (SiO2). Земні кисень та кремній виникли у масивних зірках, які існували до народження Сонця. Наприкінці свого життя ці зірки вибухали надновими і викидали в космос елементи, що утворилися в них. Звичайно, у продуктах вибуху було багато водню та гелію, а також вуглецю. Однак ці елементи та їх сполуки мають велику летючість. Поблизу молодого Сонця вони випаровувалися і тиском випромінювання видувались на околиці Сонячної системи

Десять найпоширеніших елементів у Галактиці Чумацький Шлях *

* Масова частка на мільйон.